فلومتر یا کنتور دبی چیست، راهنمای انتخاب انواع فلومتر، مشخصات فلومتر ها

فلومتر یا کنتور دبی چیست، راهنمای انتخاب انواع فلومتر، مشخصات فلومتر ها

فلومتر یا کنتور جریان (flow meters) ابزار دقیق هایی برای اندازه گیری سرعت جریان یا مقدار یک مایع یا گاز در حال حرکت است. فرآیندهای صنعتی اغلب برای اندازه گیری دقیق جریان نیاز به این میتر دارند. آنها به اپراتورها این امکان را می دهند که جریان فرآیند را به درستی  پایش و کنترل کنند و راحت تر خرابی سیستم را تشخیص دهند. از کنتورهای جریان نیز می توان برای کمک به طراحی انواع سیستم ها و تأسیسات آب استفاده کرد.

انواع فلومترها

چهار دسته اصلی دستگاه وجود دارد: فشار دیفرانسیل (DP) ، جابجایی مثبت (PD) ، سرعت و جرم واقعی.

فلومترهای اختلاف فشار

سرعت جریان را با اندازه گیری دیفرانسیل فشار و استخراج ریشه مربع بدست می آورند. گزینه های کنتور DP شامل دستگاه های مخروطی، فلومتر لوله شیروانی، نازل جریان، المنت فلو لامینار (laminar)، صفحات اریفیس، لوله های پیتوت، روتامتر، کنتور هدف ( target meters )، کنتور مساحت متغیر و لوله های ونتوری است.

فلومترهای جابجایی مثبت ( Positive Displacement Flow Meter )

 سیال ها را به حجم های ثابت تقسیم می کنند که می توان با روشهای مکانیکی یا الکترونیکی شمارش کرد. این دستگاه ها از یک محفظه تشکیل شده اند که مانع از جریان سیال و یک مکانیسم چرخشی یا برگشتی می شود که امکان عبور مقادیر با حجم ثابت را فراهم می کند. تعداد بسته هایی که از داخل محفظه عبور می کنند میزان حجم سیال را تعیین می کند.

دو نوع اصلی کنتورهای جابجایی مثبت وجود دارد. سیستم های حسگر تنها یا ترانسدیوسرها -دستگاه هایی شبیه سوئیچ – هستند که خروجی هایی را برای پردازنده ها، کنترل کننده ها یا سیستم های گرفتن داده فراهم می کنند. سیستم های حسگر کامل قابلیت های اضافی مانند نمایشگر انتگرال یا رابط کاربری را ارائه می دهند.

نمونه هایی از کنتور PD شامل دستگاه های دیسک تغذیه کننده ( nutating disc devices )، کنتورهای دنده بیضی (oval gear meters )، ورتکس و طرح های مبتنی بر پیستون است.

فلومترهای اندازه گیری سرعت

که به صورت خطی با توجه به نرخ جریان (Q) بر اساس ارتباط با سطح مخزن (A) عمل می کند:

Q = v x A

از آنجا که هیچ رابطه ریشه ای وجود ندارد، رنج آنها از دستگاه های DP بیشتر است. گزینه های کنتورهای سرعت شامل میترهای الکترومغناطیسی، پدل چرخشی ، دستگاههای مبتنی بر سونار (sonar-based) ، کنتورهای توربینی ، کنتورهای اولتراسونیک و ورتکس (vortex) یا کنتورهای شدینگ ( shedding meters) است.

کنتورهای جرم واقعی (True mass)

برای اندازه گیری مستقیم میزان جرم جریان استفاده می شوند.

حاوی الکترونیک مجتمع هستند که برای استفاده با گازها، مایعات، بخارها یا دوغاب طراحی شده اند. در کاربردهای فرایندی، اندازه گیری دقیق و قابل اعتماد جرم بخش مهمی از تعیین تعادل مواد و فرمول های دستور العمل است. در هنگام انتخاب محصولات اندازه گیری جریان، خریداران باید نوع، سیال و قطر لوله و همچنین معیارها و ویژگی های عملکرد را مشخص کنند.

این کنتورها شامل کنتورهای حرارتی و کنتورهای کوریولیس  ( Coriolis ) است

• کنتورهای حرارتی از یک المنت حسگر گرم استفاده می کنند که از مسیر جریان سیال  ایزوله شده است.  جوی جریان گرما را از المنت حسگر هدایت می کند. گرمای هدایت شده مستقیماً متناسب با نرخ جریان جرم است.
• کنتورهای مایع Coriolis سیال را از طریق یک لوله جریان لرزشی کوچک عبور میدهند. انحراف حاصل از لوله متناسب با سرعت جریان جرم مواد است.

مشخصات فنی فلومترها

مشخصات عملکردی شامل محدوده سرعت جریان، دمای کار و فشار کار است.

محدوده سرعت جریان دامنه جریان سیال است که دستگاه برای اندازه گیری طراحی شده است. جرم، سرعت یا جریان حجمی بالاتر یا زیر مقادیر مشخص شده ممکن است توسط دستگاه قابل اندازه گیری نباشد و به دستگاه یا کالیبراسیون آن آسیب برساند.

دمای کارکرد محدوده قابل قبول دما است که در آن دستگاه می تواند به درستی کار کند. استفاده از رسانه در خارج از این محدوده می تواند به ساز آسیب برساند.
فشار عمل محدوده پذیرفته شده فشارهایی است که در آن دستگاه می تواند به درستی کار کند. فشارهای زیر این محدوده ممکن است قابل اندازه گیری نباشد و فشارهایی که بیش از این دامنه هستند می توانند باعث خرابی دستگاه شوند.

امکانات فلومترها

کنتورهای جریان می توانند شامل تعدادی افزونه ها برای سازگاری دستگاه با سیستم باشند. که شامل انواع نصب، اتصالات مختلف، گزینه های رابط و خروجی های الکتریکی است. همچنین ممکن است تعدادی از ویژگی های مختلف را ارائه دهند تا قابلیت اندازه گیری اضافی مانند دما یا تراکم را فراهم کنند.

فلومترهای جریان پدالی(Paddlewheel)

کنتورهای جریان پدل ویل (Paddlewheel) دارای چرخ پدالی است که عمود بر مسیر جریان است. محور روتور برای محدود کردن تماس بین بالشتک ها و  سیال جریانی می باشد. انواع مختلفی از کنتورهای جریان Paddle wheel وجود دارد. مثال فلومتر پدال ویل شامل کنتورهای جریان گاز، کنتورهای هوا، کنتورهای جریان مایع و کنتورهای جریان آب است.

از جریان سنج گاز برای تعیین جریان گاز در حال حرکت در یک لوله یا معبر محصور استفاده می شود. از اندازه گیری جریان هوا برای اندازه گیری سرعت جریان هوا با اندازه گیری تنها بخشی از کل جریان استفاده می شود. یک جریان سنج مایع برای تعیین جریان کمیت یک سیال در حال حرکت استفاده می شود. کنتور آب برای اندازه گیری جریان آب طراحی شده است. کنتورهای جریان Paddle wheel دارای مشخصات فیزیکی ، سیال و عملیاتی هستند و از نظر گزینه ها و ویژگی های خروجی متفاوت هستند.

مشخصات فیزیکی

قطر لوله، سبک نصب و اتصالات انتهایی مشخصات فیزیکی مهمی است که باید در هنگام انتخاب کنتورهای جریان Paddle wheel در نظر بگیرید. قطر لوله، منظور قطر لوله ای است که باید کنترل شود. گزینه ها برای نوع نصب شامل در خط ، نفوذی و غیر  نفوذی است.

کنتورهای در خط، به طور مستقیم در خط فرآیند نصب می شوند و برای نصب به یک لوله مستقیم نیاز دارند. در عوض، کنتورهای نفوذی، نیاز به سوراخ دنده ای در لوله فرایند یا  اتصال دسترسی دیگری دارند. کنتورهای غیر نفوذی، نیازی به نصب مستقیم در جریان فرآیند ندارند و در سیستم های لوله کشی بسته قابل استفاده هستند.

بعضی از کنتورها از کلمپ، اتصالات فشاری یا انتها تیوب استفاده می کنند. برخی دیگر از اتصالات فلنج دار، انتهای ساده ، جوش سوکت یا اتصالات  دنده ای استفاده می کنند.

مشخصات سیال کنتورهای جریان پدلویل

مشخصات سیالها برای کنتورهای جریان پدیل، شامل محدوده دمای سیال است و ممکن است توانایی دستگاه را برای تطبیق مایعات با مواد معلق (دوغاب) معلق تعریف کند. مشخصات عملکرد برای فلومترهای پدلویل شامل سرعت جریان، نرخ دبی حجمی گاز، نرخ دبی حجمی مایع، دمای کار و فشار کارکرد است. به عنوان یک قاعده، عملکرد یک جریان سنج را می توان با نسبت turndown آن تعیین کرد، که نشان دهنده  رنج پویایی یا عملکرد دستگاه است. به عنوان مثال، کنتورهای جریان پدلویل با سرعت جریان ۵۰۰-SCCM و نسبت ترنداون ۵۰:۱ می توانند به طور مؤثر عمل کرده و جریان را تا ۱۰ SCCM رفع کنند. اگر همان دستگاه دارای نسبت ترنداون ۱۰۰:۱ باشد ، پس از آن کنتورهای جریان پدلویل به طور موثر تا ۵ SCCM رفع می کنند.

کنتورهای جریان گاز ( Gas flow meters )

کنتورهای جریان گاز برای اندازه گیری جریان یا مقدار گاز متحرک استفاده می شود. اندازه گیری جریان سیالات در بسیاری از کارخانه های صنعتی یک نیاز اساسی است. توانایی انجام اندازه گیری دقیق جریان، به اپراتورهای فرآیند اجازه می دهد تا به درستی جریان را کنترل و مونیتور کنند. در برخی موارد، اندازه گیری نادرست جریان یا عدم انجام اندازه گیری می تواند نتایج جدی (یا حتی فاجعه بار) را به همراه داشته باشد.

اساس انتخاب فلومتر خوب، درک روشنی از پارامترهای اطراف یک کاربرد خاص است. که ممکن است شامل نوع گاز، ویسکوزیته گاز، آلاینده های احتمالی یا عناصر خورنده ، اندازه لوله یا سیستم و غیره باشد. میتر کنتورهای گاز را می توان بر اساس نوع ، مشخصات عملکرد و ویژگی های طبقه بندی کرد.

انواع کنتورهای جریان گاز

طیف گسترده ای از انواع مختلف جریان سنج کاز وجود دارد ، اما بیشتر آنها را می توان با وسیله ای که در آن جریان را اندازه گیری می کند طبقه بندی کرد.

فلومترهای دبی فشار دیفرانسیل به اصل برنولی تکیه می کنند و افت فشار را بر روی انسداد وارد شده در جریان برای اندازه گیری جریان گاز تکیه می کنند.

فلومترهای دبی سرعت، سرعت را در یک یا چند نقطه از جریان اندازه گیری می کنند و سرعت جریان (v) را در مساحت(A) برای محاسبه جریان (Q)، با استفاده از رابطه زیر حساب می کنند:

Q = v x A

فلومترهای جابجایی مثبت، جریان گاز را توسط روتورهای مجهز به اندازه گیری دقیق که در آنها چرخش متناسب با حجم  سیال جابجایی است، اندازه گیری می کنند.

کنتورهای جرمی از وسایل مختلفی مانند گرما برای اندازه گیری نرخ جریان جرم استفاده می کنند.

مشخصات عملکرد فلومترهای گاز

بر اساس مشخصات عملکرد شامل محدوده سرعت جریان، دمای کار و فشار کار است.

محدوده نرخ جریان دامنه جریان سیال است که دستگاه برای اندازه گیری طراحی شده است. جرم، سرعت یا جریان حجمی بالاتر یا زیر مقادیر مشخص شده ممکن است توسط دستگاه قابل اندازه گیری نباشد و به دستگاه یا کالیبراسیون آن آسیب برساند.

دمای کارکرد محدوده قابل قبول دما است که در آن دستگاه می تواند به درستی کار کند. استفاده از  سیال در خارج از این محدوده می تواند به ابزار دقیق آسیب برساند.

فشار کار محدوده پذیرفته شده فشارهایی است که در آن دستگاه می تواند به درستی کار کند. فشارهای زیر این محدوده ممکن است قابل اندازه گیری نباشد و فشارهایی که بیش از این دامنه هستند می توانند باعث خرابی دستگاه شوند.

امکانات

کنتورهای جریان گاز می توانند شامل تعدادی اضافات برای سازگاری دستگاه با سیستم باشند. اینها شامل انواعنصب ، اتصالات مختلف ، گزینه های رابط و خروجی های الکتریکی است. آنها همچنین ممکن است تعدادی از ویژگی های مختلف را ارائه دهند تا قابلیت اندازه گیری اضافی مانند دما یا تراکم را فراهم کنند

فلومترهای جریان مایع (Liquid flow meters )

کنتورهای جریان مایع برای اندازه گیری نرخ جریان حجمی یا مقدار مایع متحرک استفاده می شوند. با استفاده از برخی دستگاه ها، نرخ جریان با اندازه گیری سرعت مایع مشخص می شود و تابعی از دیفرانسیل فشار است که مایعات را به عبور از طریق لوله مجبور می کند. از آنجا که سطح مقطع لوله ثابت است، می توان سرعت جریان متوسط ​​را تعیین کرد. علاوه بر سرعت ، فن آوری های اندازه گیری برای کنتورها شامل فشار دیفرانسیل (DP) ، جابجایی مثبت (PD) و جرم واقعی است.

انواع فلومترهای جریان مایع

در مورد انواع مختلف کنتور، در هنگام انتخاب محصولات، کاربران باید مزایا و معایب فن آوری اندازه گیری مورد استفاده هر یک را در نظر بگیرند.

کنتورهای جریان سرعت با توجه به سرعت جریان بصورت خطی کار می کنند. از آنجا که هیچ رابطه ریشه ای وجود ندارد ، دامنه آنها از دستگاه های DP بیشتر است.

کنتورهای فشار دیفرانسیل با اندازه گیری دیفرانسیل فشار و استخراج ریشه مربع، سرعت جریان مایع را بدست می آورند. نمونه های آن شامل اریفیس پلیت ( orifice plate ) ، لوله های ونتوری ، نازل های جریان ، لوله های پیتوت ، میتر هدف ، کنتورهای لوله ای  زانویی ( elbow tap meters ) و روتامترها می باشد.

کنتورهای جابجایی مثبت، مایع را به افزایشهای خاص تقسیم می کنند که توسط تکنیک های مکانیکی یا الکترونیکی شمارش می شوند. دستگاه های PD اغلب برای مایعات با ویسکوزیته بالا استفاده می شوند.

کنتورهای جرم واقعی برای اندازه گیری مستقیم میزان جرم جریان استفاده می شوند. این نوع دستگاه ها شامل کنتورهای حرارتی و کنتورهای کوریولیس هستند.
توجه داشته باشید که علاوه بر قطر لوله ، عواملی که بر سرعت جریان مایع تأثیر می گذارند شامل ویسکوزیته و چگالی مایع و همچنین اصطکاک مایع در تماس با لوله می باشد.

عملکرد و ویژگی ها کنتورهای جریان مایع

به عنوان یک قاعده ، یک دستگاه فلومتر مایع توانایی آن را برای اندازه گیری سیال های اضافی مانند گاز ، بخار ، مواد جامد معلق یا دوغاب تعیین می کند. دمای سیال تا حد زیادی به ساخت و ساز و مواد لاینر بستگی دارد. کنتورهای مایع که می توانند دما ، تراکم و سطح را اندازه گیری کنند معمولاً در دسترس هستند. با توجه به ویژگی ها، دستگاه ها ممکن است شامل آلارم شنیداری یا دیداری ، عملکردهای میانگین و کنترل کننده ، قابلیت برنامه نویسی و عملکردهای ضبط یا توتالایزر باشند.

سبک های نصب فلومتر مایع

مشخصات دیگر برای کنتورهای جریان مایعات شامل اتصالات انتهایی ، خروجی های الکتریکی و گزینه های رابط و سبک های نصب است. سه سبک پایه نصب وجود دارد: درون خطی ، نفوذی و غیر نفوذی.

کنتورهای جریان درون خط مستقیماً در خط فرایند نصب می شوند.

دستگاه های نوع نفوذی عمود بر مسیر جریان وارد می شوند و معمولاً لوله فرایند نیاز به سوراخ دسترسی دارند.

کنتورهای مایع غیر نفوذی نیازی به نصب مستقیم در جریان فرآیند ندارند و در سیستم های لوله کشی بسته قابل استفاده هستند. اتصالات می توانند به صورت فلنج، دنده یا  نوع فشای باشند.

انواع خروجی ها فلومتر مایع

خروجی های سیگنال و رابط ها عبارتند از:

• ولتاژ آنالوگ ( Analog voltage )
• جریان آنالوگ ( Analog current )
• فرکانسی ( Frequency )
• سوئیچی ( Switched )
• سریال ( Serial )
• موازی ( Parallel )
• اترنت ( Ethernet )
• فید باس ( Fieldbus )

فلومتر های اولتراسونیک ( ultrasonic flow meters)

کنتورهای آلتراسونیک از امواج صوتی برای تعیین میزان جریان استفاده می کنند. آنها می توانند کنتورهای اثر داپلر یا کنتورهای زمان پرواز باشند. داپلر افکت اندازه گیری فرکانس های ناشی از جریان سیال را اندازه گیری می کند. این تغییر فرکانس متناسب با سرعت سیال است. برای اینکه فلومتر جریان داپلر به درستی با یک مایع کار کند ، ذرات باید وجود داشته باشند (اندازه گیری مایعات “خالص” امکان پذیر نیست).

کنتورهای زمان پرواز از سرعت سیگنالی که بین دو ترانسدیوسر عبور می کند استفاده می کنند. این سیگنال با جهت انتقال و سرعت سیال اندازه گیری افزایش یا کاهش می یابد. هنگامی که از مایعات استفاده می شود، هر دو نوع کنتور اولتراسونیک با مواد جامد معلق کمتر از ۱۰٪ در حجم یا شکاف های هوا به بهترین وجه کار می کنند.

انتخاب کنتورهای جریان اولتراسونیک

انتخاب کنتورهای جریان اولتراسونیک نیاز به درک نیازهای کاربردهای خاص دارد. اندازه گیری جریان مایعات در بسیاری از کارخانه های صنعتی یک نیاز اساسی است. در بعضی از عملیات ها، توانایی انجام اندازه گیری دقیق جریان به قدری مهم است که می تواند تفاوت بین ایجاد سود و ضرر را ایجاد کند.

در موارد دیگر ، اندازه گیری نادرست جریان یا عدم انجام اندازه گیری می تواند نتایج جدی (یا حتی فاجعه بار) را به دنبال داشته باشد. تولید کنندگان کنتور اولتراسونیک می توانند به مشتریان بالقوه در انتخاب محصول کمک کنند.

پارامترهای مهمی که باید هنگام تعیین فلومترهای اولتراسونیک در نظر بگیرید شامل محدوده سرعت جریان، فشار کار، دمای سیال و دقت است. محدوده سرعت جریان، مقدار جریان در مسافت / زمان است. فشار کار حداکثر فشار هد سیال فرایندی است که کنتور می تواند تحمل کند. حداکثر دمای رسانه ای که می تواند کنترل شود ، معمولاً به ساختار و مواد لاینر بستگی دارد. دقت درصدی اندازه گیری می شود. قطر لوله همچنین هنگام انتخاب کنتورهای اولتراسونیک باید در نظر گرفته شود.

گزینه های نصب

گزینه های نصب و راه اندازی کنتورهای التراسونیک شامل انواع الحاق، فلنج در خط، رزوه ای درخط و کلمپ است. کنتورهای جریان الحاقی، عمود بر مسیر جریان قرار می گیرند. آنها معمولاً به یک سوراخ دنده ای در لوله فرایند یا اتصالات دسترسی دیگر نیاز دارند. کنتورهای جریان فلنجی درون خط به موازات مسیر جریان قرار می گیرند، که معمولاً بین دو قطعه فلنج موجود لوله های فرآیند نصب می شوند. کنتورهای جریان دنده ای بر خط نیز به موازات مسیر جریان قرار می گیرند، اما به دو لوله فرآیند موجود وصل می شوند. کنتورهای جریان یکلمپ در خط ، کنتورهای جریان اولتراسونیک هستند که به موازات مسیر جریان وارد می شوند ، و سپس بین دو لوله فرآیند موجود کلمپ می شوند.

کنتورهای اولتراسونیک از نظر انواع خروجی، گزینه های رابط و گزینه های رابط کاربر متفاوت هستند. انواع خروجی برای کنتورهای جریان اولتراسونیک عبارتند از ولتاژ آنالوگ، جریان آنالوگ، فرکانس یا پالس و سوئیچ. گزینه های رابط کنتورهای اولتراسونیک شامل رابط های سریال و موازی هستند. گزینه های رابط کاربری که برای کنتورهای اولتراسونیک در دسترس هستند شامل پانل های جلویی آنالوگ ، پانل های جلویی دیجیتال و کنترل های رایانه ای است.

فلومترهای توربینی ( Turbine Flow Meters )

فلومتر ورتکس ( Vortex flowmeter )